JP6309447B2 - ロボットによる手術用器具のエンドエフェクタの積極的な制御 - Google Patents
ロボットによる手術用器具のエンドエフェクタの積極的な制御Info
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関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，６４７号について優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，６４７号について優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して外科処置用の安全技術を対象としている。より具体的には、本開示の態様は、ロボット制御式手術用器具のエンドエフェクタの作動を制御することに関する。
低侵襲性外科技術は、一般に、健康な組織への損傷を最小にしながら、外科処置を行うように努めている。ロボット制御式手術用器具は、現在、外科医が低侵襲性処置を遠隔操作で行うために用いられている。このようなシステムでは、外科医が、外科医側コンソールにおいて入力装置を操作すると、ロボット制御式手術用器具と相互作用する患者側コンソール（患者側カートとも称される）が、外科医側コンソールにおける外科医の入力に基づいて患者を手術することができる。
低侵襲の、ロボット制御式手術用器具は、様々な手術に用いられるとともに、様々な形態を有することができる。多くのそのような手術用器具は、長いシャフトの先端に装着された手術用エンドエフェクタを備えており、このエンドエフェクタは、開口部（例えば、体壁の切開部、自然開口部）を通じて（例えば、腹腔鏡手術で又は胸腔鏡手術で）挿入されて、遠隔施術部位に到達するたように構成される。いくつかの手術用器具において、手首関節機構が、この器具のシャフトの先端に装着されてエンドエフェクタを支持しており、シャフトの長手方向軸線に対して向きを変更する。
エンドエフェクタは、従来手動で行われている様々な外科処置のいずれかを含む様々な機能を実行するように構成することができる。この例として、焼灼、切除、縫合、切断、ステープル留め等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。いくつかの例では、一度、信号が発せられ、作動を停止させるために外科医の判断無しに外科医側コンソールにおいて信号が提供されても、ロボット制御式手術用器具のエンドエフェクタは、自動的に作動する。ロボット制御式手術用器具の遠隔制御性能及び自動作動性能は、一度作動させられた後に、外科処置を停止させるために外科医の判断無しにエンドエフェクタを意図せずに作動させる危険性を高めることがある。このような意図しない作動によって、エンドエフェクタが望ましくない位置及び／又は望ましくない時間に外科処置を行う可能性がある。
それゆえ、手術用器具のエンドエフェクタの意図しない作動を防止することを補助するような、ロボット制御式手術用器具を制御するための方法及びシステムを提供することが所望されている。また、外科医が意図して選択した操作を行うようなエンドエフェクタの作動をキャンセルするのに十分な時間を外科医に与えることによって、ロボットによる手術用器具を制御するためのシステム及び方法を提供することが所望されている。
本開示は、上述した問題の１つ以上を解決することができ、及び／又は上述した望ましい特徴の１つ以上を実証することができる。他の特徴及び／又は利点は、以下の詳細な説明から明らかになろう。
少なくとも１つの実施例によれば、本教示は、ロボット制御式手術用器具の作動を制御する方法を企図している。この方法は、手術用器具を作動させて外科処置を行うためのユーザの準備が整ったことを示す第１の入力信号を制御装置において受信するステップと、受信した第１の入力信号に応答して、フィードバックをユーザに提供するために制御装置から出力信号を出力するステップと、手術用器具を作動させるために、ユーザの準備状況を確認する第２の入力信号を制御装置において受信するステップと、第２の入力信号の受信に応答して、制御装置から作動信号を出力するステップと、この作動信号に基づいて、手術用器具を作動させて外科処置を行うステップと、を含む。
少なくとも１つの実施例によれば、本教示は、ロボット制御式手術用器具の作動を制御する方法を企図している。この方法は、手術用器具を作動させて外科処置を行うためのユーザの準備が整ったことを示す第１の入力信号を入力装置において受信するステップと、第１の入力に応答して第１の入力信号を送信するステップと、第１の入力信号に応答して生成されたフィードバックを出力装置において受信するステップと、このフィードバックを受信した後に、手術用器具を作動させて外科処置を行うためのユーザの準備状況を示す第２の入力を入力装置において受信するステップと、第２の入力に応答して、第２の入力信号を送信して、手術用器具を作動させて外科処置を行うステップと、を含む。
本教示は、プロセッサにロボット制御式手術用器具の作動を制御する方法を実行させるように構成されたコンピュータ可読媒体を企図している。
少なくとも１つの実施例によれば、本教示は、少なくとも１つの入力装置と、少なくとも１つの出力装置と、制御装置とを備えるロボット制御式手術用器具を制御するためのシステムを企図している。少なくとも１つの入力装置は、ユーザからの入力を受け取る。少なくとも１つの出力装置は、フィードバックをユーザに提供する。制御装置は、少なくとも１つの入力装置及び少なくとも１つの出力装置に信号通信するとともに、手術用器具の少なくとも一部を作動させる作動信号を送信して外科処置を行うように構成される。制御装置は、手術用器具を作動させるためのユーザの準備が整ったことを示す少なくとも１つの入力装置における入力に応答して生成された第１の入力信号と、以降の、手術用器具を作動させるための、少なくとも１つの入力装置でのユーザの準備状況を確認することを示す入力に応答して生成される第２の入力信号と、を受信するように構成されている。制御装置は、第２の入力信号を受信した後に作動信号を出力するように構成されている。
さらなる目的及び利点は、以下の詳細な説明に部分的に説明されており、この詳細な説明から明らかになる、又は本発明の開示及び／又は特許請求の範囲を実践することによって理解することができよう。これらの目的及び利点の少なくともいくつかは、添付の特許請求の範囲において特に指摘される構成要素及びこれら構成要素の組み合わせによって実現され、達成することができる。
前述した一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示且つ説明のみであり、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。特許請求の範囲は、それらの範囲の全範囲に権利を有するものであり、均等物を含む。
本開示は、添付の図面のみで、又は添付の図面と共に以下の詳細な説明から理解することができる。図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含められており、且つ本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する図面は、本開示の１つ以上の実施形態を示しており、詳細な説明と共に特定の原理及び操作を説明する役割を果たす。
この詳細な説明及び添付の図面は、実施例を示しているが、均等物を含む本開示の範囲を規定する特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。様々な機械的、組成的、構造的、電気的、及び動作的変更が、本明細書の範囲及び均等物を含む特許請求の範囲の発明から逸脱することなく行うことができる。いくつかの例では、周知の構造及び技術は、本開示を不明瞭にさせないように詳細に示され又は説明されていない。複数の図面における同様の参照符号は、同一又は類似の要素を表す。さらに、１つの実施形態に関連して詳細に説明される要素とそれらの関連する態様は、可能なときは、具体的に図示又は説明されていない他の実施形態に含められる。例えば、要素が、第１の実施形態に関連して詳細に説明されているが、第２の実施形態に関連して説明されていない場合に、その要素は、それにもかかわらず、第２の実施形態に含むものとして特許請求の範囲に含められる。また、本明細書での描写は、説明のみを目的としたものであり、必ずしもシステム又は電気手術用器具の実際の形状、サイズ又は寸法を反映していない。
なお、本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられるように、単数形「１つの(a)」、「１つの(an)」、及び「その(the)」と、任意の単語の単数形の使用は、１つの指示対象に明示的に且つ明確に限定されない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。本明細書で使用されるように、用語「備える、有する、含む(include)」及びその文法上の活用形は、非限定的であるものと意図されており、リスト内の項目の列挙は、リスト項目に置換又は追加することができる他の同様な項目を排除していない。
概略図及び図形としてそれぞれ表された図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本開示の実施例による低侵襲性手術用器具等の手術用器具と相互作用する及びこの器具を制御するために用いられる例示的な遠隔操作ロボット手術システム１０が示されている。一実施例では、ロボット手術システム１０は、”Intuitive Surgical”社によって市販されているダヴィンチ（登録商標）Ｓｉ（モデル番号ＩＳ３０００）とすることができるが、システム１０はこれに限定されるものではなく、様々なロボット手術システムのいずれかとすることができる。図１Ａ及び図１Ｂに示される要素の配置は、本開示及び特許請求の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、以下により詳細に説明されるように、本開示による実施形態を利用することのできる例示的な手術装置を示している。
ロボット手術システム１０は、当業者が一般に理解しているように、様々な手術用器具と相互作用する及びこの器具を制御することにより、低侵襲性ロボット手術を行うために用いられる。ロボット手術システム１０は、通常、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、患者側コンソール１２（患者側カートとも称される）と、電子／制御コンソール１４と、外科医側コンソール１６とを備える。患者側コンソール１２は、種々のツールを保持するとともに操作するための様々なアーム（患者側マニピュレータとも称される）を備える。１つのアームは、エンドエフェクタ２０を有するロボット制御式手術用器具１８と相互作用する及びこの器具を制御するように構成されている。
一般に、外科医側コンソール１６は、（例えば、マスタツールマニピュレータを制御する）把持機構２４と、フットペダル２８等を含むがこれらに限定されない様々な入力装置によって外科医からの入力を受け取り、このコンソール１６が、マスタ制御装置として機能して、患者側コンソール１２が、そのコンソール１６と相互作用する手術用器具（複数可）（例えば、手術用器具１８）の所望の動きを行うようなスレーブとして動作し、それに応じて所望の外科処置を行う。外科医側コンソール１６は、外科医が自分の頭部をビューア１７に置いたときに、外科医が施術部位の３次元イメージを見ることを可能にするディスプレイ３０を有する凹形状コンソールビューア１７（図１Ｂに示される）も備えることができる。患者側コンソール１２は、例えば、エンドエフェクタを有する手術用器具（例えば、手術用器具１８）と、内視鏡（図示せず）と有するが、これらに限定されないような様々なツールを保持するように構成された複数の関節アーム２６を備える。外科医側コンソール１６のコマンド入力に基づいて、患者側コンソール１２は、手術用器具の伝達機構と相互作用させて器具を位置決めするとともに作動させて、所望の医療処置を行うことができる。電子／制御コンソール１４は、各種の制御信号を患者側コンソール１２と外科医側コンソール１６との間で送受信して、例えば外科医側コンソール１６におけるディスプレイ３０及び／又は電子／制御コンソール１４に関連するディスプレイ３３等に表示するために、（例えば、患者側コンソール１２における内視鏡からの）光を送信するとともにイメージを処理する。当業者は、一般に、このようなロボット制御式手術システムに精通している。
患者側コンソール１２は、患者に近接して位置しており、手術用器具１８は、遠隔操作されるエンドエフェクタ２０の使用を通じて、患者の体内の施術部位において様々な外科処置を行うために用いられる。エンドエフェクタ２０が行うことができる外科処置の例として、ステープル留め、切断、電気エネルギーの送達（例えば、焼灼及び／又は切除するための）、縫合、クランプ及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
実施例では、電子／制御コンソール１４は、全ての制御機能を電子／制御コンソール１４の１つ以上の制御装置に統合してもよく、又は追加の制御装置を、別個の装置として提供する、及び利便性のために電子／制御コンソール１４に（例えば、棚に）支持してもよい。この支持は、例えば既存の電子／制御コンソールを改造するときに、追加の機能を必要とする手術用器具を制御するために有用となる。同様に、様々な実施例では、１つ以上の入力機構は、図１Ａ及び図１Ｂの要素１６等の外科医側プラットフォームの全体に統合されてもよいが、様々な他の入力機構を別個に追加してもよく、システムの使用中に、外科医がアクセスできるように設けられるが、必ずしも外科医側コンソール１６に一緒に統合されるわけではない。
従って、本明細書で使用されるように、用語「電子／制御コンソール」及びその変形は、コンソールを含むものとして理解されるべきであり、ここで、１つ以上の制御装置（例えば、図２に示されるプロセッサ２２等のプロセッサ）は、患者側コンソール１２（及び／又は患者側コンソール１２に直接的に相互作用する手術用器具）と外科医側コンソール１６との間で信号を送受信し、処理する装置に統合される。様々な実施形態によれば、本明細書で用いられる電子／制御コンソールは、スタンドアロン装置である１つ以上の別個の制御装置を含むこともできる。さらに、統合された装置全体の一部、独立したスタンドアロン装置、又はそれらの組み合わせであろうとなかろうと、電子／制御コンソールは、手術用器具と直接的に信号通信する、例えば、図１Ａ及び図２の患者側のコンソールを介して器具と信号通信をバイパスするように構成することができる、プロセッサ８０等である。従って、本明細書で用いられる電子／制御コンソールは、患者側コンソールを通じて信号通信する及び／又は手術用器具と直接的に信号通信してこの手術用器具を制御するように構成することができる。このように、「コンソール」は、必ずしも全ての制御装置を単一の装置内に統合する必要はなく、１つ以上の別個の制御装置を含むことができる。このような別個の制御装置は、必ずしも患者側コンソールに関連するサーボアクチュエータに依存することなく手術用器具の動作態様に機能を追加するために有用となり得る。そのような制御装置は、制御機能及び信号処理を電子／制御コンソール内で向上させる方法として、既存のロボット手術システムを改造するときに有用となり得る。
当業者は、電子／制御コンソール１４に設けられた制御装置、例えばプロセッサ２２が、本開示の様々な機能を制御する制御システムの一部として実装され得ることを認識するであろう。当業者は、制御装置、例えばプロセッサ２２の機能や特徴が、外科医側コンソール１６、患者側コンソール１２及び／又は電気外科用ユニット（ＥＳＵｓ）等の他の装置のいずれかにおいてプロセッサを含むがこれらに限定されないような、内部にプロセッサを組み込むいくつかの装置又はソフトウェアコンポーネント上に分散させることができることを認識するであろう。プロセッサ２２を含む制御システムの機能及び特徴は、いくつかの処理装置に亘って分散されてもよい。
本明細書で用いられる「外科医側コンソール」は、患者側コンソールと相互作用する手術用器具を作動させるために、一般に電子／制御コンソールを通じて、外科医が信号を送信するために操作できる１つ以上の入力装置と、フィードバックを外科医に提供する１つ以上の出力装置とを含むコンソールを備えている。本明細書で使用するとき、外科医側コンソールは、様々な入出力装置を例えばディスプレイ（例えば、図１Ａの要素３０によって実質的に示される）と統合する装置を備えるだけでなく、電子／制御コンソールと信号通信状態にあるとともに、外科医によってアクセス可能にされる別個の入出力装置（例えば、図１Ａの９０）を備えることができることを理解するべきであるが、この入力装置は必ずしも様々な他の入力装置と一緒に１つの装置内で統合されるわけではない。一例として、入力装置は、電子／制御コンソールに直接的に設けることができ、且つ電子／制御コンソールにおけるプロセッサに入力信号を提供することができる。このように、「コンソール」は、必ずしも入出力装置の全てを単一の装置に統合する必要はなく、１つ以上の別個の入出力装置を含むことができる。
図２は、本教示の実施例による手術用器具１８を制御するために用いられる、遠隔操作ロボット手術システムの例示的な構成要素を示すロボット制御システムの概略状態図である。電子／制御コンソール１４は、手術用器具１８とエンドエフェクタ２０との作動を制御する少なくとも１つのプロセッサ２２を含む。一実施例では、このプロセッサ２２は、手術用器具のエンドエフェクタの実施例において切刃の作動を制御することができ、あるいはまた、別のプロセッサ８０は、患者側コンソール１２と信号通信をバイパスして、切刃と直接的に通信することができる。
外科医側コンソール１６は、１つ以上の入力装置２４，２８と、例えばディスプレイやスピーカ等の１つ以上の出力装置３０，３２とを備えることができる。様々な実施例において、適切な出力装置は、ディスプレイ、スピーカ（又は音声を送信することができる他の構成要素）、及び／又は触れている外科医に振動等の触覚フィードバックを提供するような構成要素を含むが、これらに限定されるものではない。様々な実施例では、１つ以上の出力装置は、外科医側コンソール１６の一部とすることができ、信号を電子／制御コンソール１４から外科医側コンソールに送信することができる。
以下でさらに説明するように、手術用器具１８は、電子／制御コンソール１４と直接的に信号通信することができる。患者側コンソール１２は、マスタ制御装置として機能する電子／制御コンソール１４と通信することができ、この電子／制御コンソール１４は、手術用器具１８を制御するために、手術用器具１８のエンドエフェクタ２０の作動を含む信号を送受信する。以下でより詳細に説明するように、外科医側コンソール１６、又は、入力装置９０等の他の入力装置は、エンドエフェクタ１８の手首関節部及び接合関節部を制御するために患者側コンソール１２と通信する、又は血管シーリング、例えばクランプ又はステープラー発射のために切刃等のエンドエフェクタ構成要素を直接的に制御することのいずれかを行う電子／制御コンソール１４に入力を提供する。電子／制御コンソール１４は、以下でより詳細に説明されるように、外科医側コンソール１６とも通信している。電子／制御コンソール１４は、少なくとも１つのプロセッサを含む。
図２の実施例では、電子／制御コンソール１４は、手術用器具１８の伝達機構が相互作用する患者側コンソール１２のサーボアクチュエータを通じて手術用器具の１つ以上の動作態様を制御するプロセッサ２２を含むことができるとともに、手術用器具１８の１つ以上の追加の動作態様を制御するために手術用器具１８と直接的に信号通信するプロセッサ８０を含むこともできる。一実施例によれば、例えば、手術用器具１８は、２０１２年２月１７日に出願された”FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”という表題の米国特許出願第１３／３９９，３９１号に開示されているような融着及び切断手術用器具とすることができ、この特許出願は、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号、及び２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対して優先権の利益を主張するものである。それぞれの文献の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。この例では、例えばエンドエフェクタの把持、手首の関節運動等の種々の動作態様が、患者側コンソールを通じたサーボアクチュエータを介して制御することができる一方、エンドエフェクタの切断要素は、電子／制御コンソール１４から、電子／制御コンソール１４の例えばスタンドアロン制御装置（プロセッサ８０）を通じて信号を直接的に受信するように構成された伝達機構の搭載モータを介して制御される。例えば、電気外科用エネルギー発生器等の１つ以上のエネルギー発生器７０が、電子／制御コンソール１４とは別個に、又はこのコンソール１４において提供されてもよく、例えば組織をシールするためにエネルギーを提供する手術用器具１８と電気的に通信するように構成されている。エネルギー制御モジュール７２は、１つ以上のエネルギー発生器７０を制御して、エネルギー発生器７０によって手術用器具１８にエネルギーを供給するようにしている。
患者側コンソール１２及び／又は手術用器具１８は、電子／制御コンソール１４と有線又は無線で通信することができる。外科医側コンソール１６は、電子／制御コンソール１４と有線又は無線で通信することができる。外科医側コンソール１６と電子／制御コンソール１４とが、図１Ａ、図１Ｂ及び図２において別個に示されているが、電子／制御コンソール１４は、例えば単一の装置として外科医側コンソール１６に組み込むことができ、その逆も可能である。
外科医側コンソール１６は、１つ以上の入力装置２４，２８の操作を介してユーザ、例えば外科医からコマンドを受け取り、患者側コンソール１２に近接する患者に低侵襲性外科処置を行うために、手術用器具１８を遠隔操作する。把持機構２４等の１つ以上の入力装置の外科医の操作に応答して、入力信号が電子／制御コンソール１４に送信され、次に、例えば患者側コンソール１２に及び／又は直接手術用器具１８に信号を送信することによって、エンドエフェクタ２０を含む手術用器具１８の運動を制御するための信号を送る。エンドエフェクタ２０は、次に、手術用器具１８が取り付けられる患者側コンソール１２において操作される。しかしながら、患者側コンソール１２は、これに限定されるものではなく、手術用器具１８は、手術用器具１８の動作を提供する任意の方法で患者側コンソール１２において操作することができる。
図５は、例示的な低侵襲性手術用器具１８の斜視図である。方向「基端」及び「先端」は、図５に示されるような方向を規定するために本明細書に用いられており、ここで先端は、一般に運動アームに沿ったさらなる遠方の方向であるか、又は、例えば外科処置を行う際の、器具１８の意図した操作を行う外科的施術部位に最も近い場所をいう。図５に示されるように、器具１８は、一般に、力／トルク伝達駆動機構２１と、この伝達機構２１に装着された器具シャフト２３と、器具１８の先端に配置された一体型融着及び切断エンドエフェクタ２０と、シャフト２３及びエンドエフェクタ２０の間のシャフト２３の先端に配置された手首関節部１９と、を含む。
手首１９が図５に示されているが、この手首１９はオプションであり、手術用器具１８は、特にエンドエフェクタ２０の様々な自由度を提供することなく、エンドエフェクタ２０と共に使用される。エンドエフェクタ２０は、様々な形態を有することができ、様々な動作を行うことができる。例えば、エンドエフェクタ２０は、融着のみ、切断のみ、融着及び切断の組み合わせに関与してもよいし、又はステープラーとして動作することができる（切刃を有してもよい）。
上述したように、伝達機構２１は、入力を受け取って器具１８の様々な動きを駆動するために、患者側コンソール１２、例えばこのコンソール１２のマニピュレータ腕部２６等と相互作用するように構成されている。伝達機構２１は、受け取った作動入力を伝達してトルクと力とを生じさせ、器具シャフト２３、手首１９、エンドエフェクタ２０、及び関連する構成要素の運動をもたらし、手術用器具の多自由度（ＤＯＦ）生じさせる様々な動きを達成する。例えば、伝達機構２１は、トルク入力を介して制御されてシャフト２３をロール（回転）させ、結果的にエンドエフェクタ２０をロールさせることができ（ロールＤＯＦ）、エンドエフェクタ２０の顎部８０ａ，８０ｂを開閉することができ（グリップＤＯＦ）（図６Ｂを参照）、手首１９を関節運動させることができ（関節ＤＯＦ）、そして切断要素８２を平行移動させることができる（平行移動ＤＯＦ）（図６Ｂを参照）。手首１９は、直交方向に２つの関節自由度を構成することができ、エンドエフェクタ２０の「ピッチ」及び「ヨー」運動の両方を提供する（「ヨー」は、エンドエフェクタの顎部の運動面として任意に規定されており、「ピッチ」は、「ヨー」に直交する）。
上述したように、実施例では、伝達機構２１は、例えばロボット手術システムの遠隔操作サーボアクチュエータを介してトルク入力を含む様々な入力を受け取るように構成することができる。このトルク入力は、器具シャフト２３にロール（回転）を伝達して、エンドエフェクタ２０の顎部８０ａ，８０ｂを開閉して、例えば２つの自由度の関節運動で手首１９を関節運動させるように使用することができる。また、伝達機構２１は、電子／制御コンソール１４等を介して例えばロボット手術管理システムから入力電圧を受け取る搭載電動モータ（図示せず）を含むことができ、ギアとラック及びピニオン機構を介して切断要素、例えば切刃８２を駆動させることができる。搭載モータを用いて切断要素８２を駆動及び制御することに関するさらなる詳細について、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３２８０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６９８号について優先権を主張するものである。さらに参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号０３２９０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６７１号について優先権を主張するものである。それぞれ文献の開示は、その全体が参照として本願に組み込まれる。
図５の実施例は、遠隔操作サーボアクチュエータを含むロボット手術システムからの駆動トルク／力入力と相互作用するとともにこれらを受け取るように構成された伝達機構２１を示しているが、代替実施形態では、追加の搭載モータ及び／又は手動の作動に依存する伝達機構を利用することができる。当業者は、利用可能な多数の作動入力に依存して、いくつかの器具の実施形態は、機器の外部から（例えば、遠隔操作サーボモータから）全ての作動入力を受け取ってもよく、いくつかの器具（例えば、ハンドヘルド器具）は、全ての器具の機構を駆動させる搭載モータを有してもよく、例えば、図示される実施形態のいくつかの器具は、外部の作動入力と搭載駆動モータとの様々な組み合わせを含むことができることを理解するであろう。搭載モータの場合には、このようなモータを駆動するために用いられる入力電圧は、マスタ制御装置（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示されるような例えば電子／制御コンソール１４等の電子／制御コンソール）から、又はハンドヘルド器具の場合に、その器具自体に設けられた電圧源から供給することができる。
当業者はまた、ギア、プーリー、リンク、ジンバルプレート、及び／又はレバー等の種々の組み合わせによって、作動力及びトルクを様々な器具の部品に伝達させるように使用できることを理解するであろう。伝達機構２１への入力をトルク及び／又は力に変換して、シャフト２３、エンドエフェクタ２０の顎部、及び手首１９の動きを最終的に駆動するために伝達機構２１で使用される例示的な構成要素に関する詳細について、参照が、本明細書と同日付で出願された、”GRIP FORCE CONTROL IN A ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３３２０／ＵＳに対応）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”GRIP FORCE CONTROL IN A ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，８０４号に対して優先権を主張する。また参照が、２０１１年５月３１日と２０１１年１１月１５日に出願された、それぞれが同じ”DECOUPLING INSTRUMENT SHAFT ROLL AND END EFFECTOR ACTUATION IN A SURGICAL INSTRUMENT"という表題の米国仮特許出願６１／４９１，７９８及び米国特許出願米国１３／２９７，１６８について行われる。さらに参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH SINGLE DRIVE INPUT FOR TWO END EFFECTOR MECHANISMS”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０２７５０／ＵＳに対応）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH SINGLE DRIVE INPUT FOR TWO END EFFECTOR MECHANISMS”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，８２１号に対して優先権を主張するものである。これら全ての文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。接合されたリンク手首構造を関節運動させるために腱の張力を制御するために用いることができる伝動機構の様々な例について、参照が、２００４年１１月１６日に出願された、”SURGICAL TOOL HAVING POSITIVELY POSITIONABLE TENDON-ACTUATED MULTI-DISK WRIST JOINT”という表題の米国特許第６，８１７，９７４Ｂ２号について行われ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
手術用器具１８は、例えばカニューレを通じて患者の体内に（例えば、腹腔鏡で又は胸腔鏡で）挿入され、切断及び融着施術が所望される施術部位のほぼ近傍の位置まで前進させることができる。所望の施術部位に手術用器具１８を挿入及び前進させた後に、伝達機構２１は、例えばロール、ピッチ、ヨー、又はこれらの運動の任意の組み合わせを介して手首１９を、ロール及び／又は関節部運動させるための１つ以上の入力を受け取ることができる。伝達機構２１は、基端及び先端方向に切刃８２（図６Ｂにより詳細に示されている）を平行移動させるための入力も受け取ることができる。上述したように、伝達機構２１は、入力を様々な力及び／又はトルクとして伝達して、（例えば、ロールを介して）器具シャフト２３の全体を最終的に作動（駆動）させる、及び／又は手首１９をピッチ及び／又はヨー方向に関節運動させることができる。
図１Ａ及び図１Ｂを再び参照すると、外科医側コンソール１６は、複数の入力装置、例えば（手首１９と器具シャフト２３の運動を制御するために）１つ以上のフットペダル２８又はハンドヘルド把持機構２４を備えることができる。フットペダル２８の使用法についての説明は、以下でより詳細に行われる。フットペダル２８が、外科医側コンソール１６内に組み込まれているように示されているが、当業者は、このフットペダル２８が外科医側コンソール１６から分離していてもよく、電子／制御コンソール１４に電気的に接続してもよいことを理解するであろう。また、フットペダル２８は、入力装置として示されているが、代替として、追加の入力装置を、外科医側コンソール１６に又は外科医側コンソール１６とは別の場所のいずれかに提供してもよく、そして電子／制御コンソール１４に接続される。追加の入力装置は、例えば、ハンドヘルド装置、又は外科医による入力装置を通じた入力を電子／制御コンソール１４に提供して手術用器具１８を操作することを可能にする任意の他の装置でもよい。使用することができる入力装置の典型的な種類としては、ボタン、マウス装置、音声認識ソフトウェアと連動するマイク、タッチスクリーンディスプレイ、キーボード等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
様々な実施例では、外科医側コンソール１６からの入力は、（例えば、切断及び融着を制御するために）様々なペダル２８を介して、及び（例えば、器具１８の手首１９の運動と器具１８のシャフト２３の運動とを制御するために）ハンドヘルド把持機構２４を介して電子／制御コンソール１４に提供することができる。追加の入力は、例えば、外科医側コンソール１６と電子／制御コンソール１４とは別個に設けられる、又は電子／制御コンソール１４と統合されるような入力装置９０を介して提供することができる。当業者は、このような遠隔操作ロボット手術システムの一般的な使用に精通しており、外科医側コンソール１６のユーザ、例えば外科医からの入力を提供して、患者側コンソール１２と相互作用する手術用器具の動作を最終的にもたらす。
図３は、患者の体内の施術部位において外科処置を行うために、（例えば、オプションの手首機構又は他の機構の作動の後に）位置決め及び向き合わせされたエンドエフェクタと一緒に患者の体内に挿入された（例えば、生まれ持った開口部又は切開部を介して）ロボット制御式手術用器具１８の運動を制御する例示的方法を示すフローチャートである。この例示的な方法によれば、動作１０２において、例えばフットペダル２８等の入力装置において、ユーザ（例えば、外科医）の準備が整ったことを示す第１の入力が受け取られ、手術用器具１８のエンドエフェクタ２０の少なくとも１つの部品を作動させて、外科処置を行う。以下でより詳細に説明するように、外科処置を行うためにエンドエフェクタ２０を用いることが望ましいとユーザが判断した場合に、ユーザは、手術用器具１８を作動可能にするためにフットペダル２８を踏み込む。あるいはまた、当業者は、例えば、マウス、ボタン、アイコン又はタッチスクリーンディスプレイ上の他の表示、音声認識ソフトウェアと連動するスピーカ、キーボード等を含む様々な他のタイプの入力装置を、フットペダルの代わりに、又は追加して使用することができることを理解するであろう。さらに、上述したように、入力装置（例えば、入力装置９０等）は、図１Ａ及び図１Ｂに示される外科医側コンソール１６に搭載する必要はないが、有線通信又は無線通信のどちらかを介して、外科医側コンソール１６又は直接電子／制御コンソール１４のいずれかと通信するハンドヘルド装置又は他の装置としてもよい。入力装置の数と種類は、こうして、フットペダルに限定されるものではない。しかしながら、フットペダル９０は、外科医側コンソール１６における入力装置２８とは別の入力装置として例示の目的で示されており、その入力装置は、外科医によって操作されて、手術用器具１８及び／又はエンドエフェクタ２０の他の運動及び／又は動作を生じさせる。
動作１０３において、入力装置における入力によってもたらされた入力信号は、電子／制御コンソール１４で受信される。作動可能状態を示す受信した入力信号に応答して、電子／制御コンソール１４は、動作１０４で、出力装置において知覚フィードバックをもたらすような１つ以上の出力信号を出力する。この１つ以上の出力信号には、例えば、ディスプレイ上に表示されたイメージ、テキスト、及び／又はアイコン等の視覚的フィードバックや、（ビープ音、ブザー音、チャイム、クリック等、あるいはコンピュータで生成された音声応答等の）音声フィードバック、触覚感覚（例えば、振動）フィードバック、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されないような様々な知覚フィードバックのいずれかをユーザにもたらす。様々な実施例において、適切な出力装置は、ディスプレイ３０、スピーカ３２（又は音声を伝達することができる他の構成要素）、及び／又はユーザ、例えば触れた外科医に触覚フィードバックを提供するために振動等をする構成要素を含むが、これらに限定されるものではない。様々な実施例では、１つ以上の出力装置、例えばディスプレイ３０は、外科医側コンソール１６の一部であってもよく、又は電子／制御コンソール１４の一部、例えばディスプレイ３３であってもよい。他の実施例では、１つ以上の出力装置は、ユーザが受け取ったフィードバックを提供するようにユーザに近接して設けられているが、外科医側コンソール１６と電子／制御コンソール１４とから別個にされている。フィードバックが画像及び／又は音声である場合には、そのようなフィードバックは、視覚信号としてディスプレイ３０及び／又は３３に、聴覚信号としてスピーカ３２にそれぞれ出力することができる。
様々な実施例では、電子／制御コンソール１４は、外科医側コンソール１６とは別に設けられているが、他の実施例では、電子／制御コンソール１４と外科医側コンソール１６とは、外科医が手術用器具１８を遠隔で制御できるような一体化装置とすることができることに留意すべきである。様々な実施例では、聴覚的フィードバックは、ディスプレイ３０及び／又は３３に提供された視覚的フィードバックと協調してスピーカ３２に出力されるように提供されてもよい。他の実施例において、聴覚的フィードバックは、視覚的フィードバックが出力される前又は後のいずれかで提供されてもよく、又は視覚的フィードバックの代わりに単独で提供されてもよい。また、本開示は、フィードバックが出力装置における視覚及び／又は聴覚出力のみに限定されるものではないが、ユーザによって識別することの可能な出力装置における様々なフィードバック出力のいずれかであってよいことを留意すべきである。例えば、フィードバックは、視覚信号、聴覚信号の単独で、又はこれら１つ以上の信号を組み合わせることのいずれかで触覚フィードバック信号出力とすることができる。
一度、知覚フィードバックが、外科医側コンソール１６のディスプレイ３０及び／又はスピーカ３２等の出力装置によって、又は電子／制御コンソール１４のディスプレイ３３等の出力装置によって出力されると、電子／制御コンソール１４（例えば、プロセッサ２２及び／又は８０）は、入力装置においてユーザの第２の入力からもたらされる第２の入力信号の受信を待機する。一例として、第２の入力は、フットペダル２８の踏込み及び／又は入力装置９０を通じた入力を含むが、これらに限定されるものではない。この第２の信号は、電子／制御コンソール１４に送信される。
様々な実施例では、ユーザは、第２の入力を提供するよう促される（プロンプトされる）。このようなプロンプトは、例えば、テキストを含む視覚イメージの形態であってもよく、出力装置に提供されるフィードバックの一部として含められてもよい。フィードバックを受け取った後に、ユーザが、手術用器具１８のエンドエフェクタ２０に外科処置を行わせることを望む場合には、動作１０５の例示的な動作において、外科医は、フットペダル２８を踏み込み、入力を入力装置９０に提供する、又は他の実施例では、例えば、（例えば、マウス又は他の場所の）ボタンを押す、ハンドヘルド装置を把持する、音声認識ソフトウェアと連動するマイクにコマンドを口で言う、キーボード上のキーを押す、タッチスクリーンディスプレイに触れる等の他のタイプの第２の入力を入力装置に提供する。
動作１０６において、入力装置に対して第２の入力から提供される第２の入力信号が、電子／制御コンソール１４に送信される。第２の入力信号の受信に応答して、動作１０７において、電子／制御コンソール１４は、エンドエフェクタ２０に所望の外科処置を行わせるように送信される１つ以上の作動信号を出力する。例として、電子／制御コンソール１４は、患者側コンソール１２における手術用器具１８の伝達機構２１に関連する１つ以上のモータ（図示せず）（例えば、サーボアクチュエータ及び／又は搭載モータ）を活性化させるような作動信号を送信することができる。１つ以上のモータが起動されるとき、伝達機構２１は、動作１０７において、伝達機構２１内の例えばドライブシャフト、ギア、レバー、ジンバルプレート、ラック及びピニオン等の作動コンポーネントのシステムを通じて及びシャフト２３に沿って力及び／又はトルクを伝達して、手術用器具１８のエンドエフェクタ２０を作動させる。当業者は、ロボット制御式手術用器具１８の基端に設けられた伝達機構の様々な構成に精通しており、この伝達機構は、患者側コンソール１２のロボットアームのサーボアクチュエータを介して提供されるような対応する駆動入力と相互作用して、手術用器具１８を作動させるように構成されている。実施例では、伝達機構２１は、患者側コンソール１２のサーボアクチュエータからの各種入力を受信することに加えて又はこの受信の代わりに、例えば、電子／制御コンソール１４を介して搭載モータに直接的に供給される電圧によって駆動するように構成される１つ以上の搭載モータ（例えば、ＤＣモータ）を含むことができる。電子／制御コンソール１４は、こうして、第２の入力信号を受信すると、伝達機構２１において例えば搭載モータに電圧を供給するための信号を送信することができる。搭載モータを有する手術用器具の伝達機構を利用する外科処置用ロボットシステムの実施例について、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３２８０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６９８号に対して優先権を主張するものである。また参照が、本明細書と同日付で提出された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号０３２９０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６７１号に対して優先権を主張するものである。それぞれの文献の開示は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
作動出力信号が送信され、且つエンドエフェクタ２０が所望の外科処置を行うように操作された後に、一実施例では、エンドエフェクタ及び／又は外科処置の動作が完了したことを示すような、視覚、聴覚及び／又は触覚フィードバック等の追加の知覚フィードバックを、出力装置に出力することができる。
ディスプレイ３０又はディスプレイ３３等の出力装置にフィードバックを出力する例が、図４Ａ及び図４Ｂに示されている。図４Ａは、実施例では、視覚的フィードバックのスクリーンショット３４を示しており、このスクリーンショット３４は、第１の入力に応答してスピーカ３２における音声フィードバックと同時に提供される。スクリーンショット３４は、操作が可能であることを示しており、ユーザに入力装置をもう一度作動させるように促して、動作を実行する。図４Ｂは、実施例では、視覚的フィードバックのスクリーンショット３６を示しており、第２の入力に応答して、スピーカ３２における音声フィードバックと同時に提供される。スクリーンショット３６は、動作が完了したことを示している。
以下でより詳細に説明されるように、動作１０２で、エンドエフェクタの少なくとも１つの構成要素を作動させるためのユーザの準備が整ったことを示す第１の入力を入力装置において受信する前に、システムは、このシステムが施術を行う準備が整っていることを示すシステムの「準備完了状態」を示す１つ以上の条件がに存在するかを判断することができる。
実施例では、本開示の様々な実施例による方法及びシステムは、組織（例えば、血管）の切断及び融着の外科処置を行うように構成されている手術用器具と連動させて使用することができる。このような血管シール用の手術用器具の実施例が、図６Ａ及び図６Ｂの部分図に示されている。示されるように、器具シャフト２３の先端において手首関節機構６１９によって支持される器具６１８のエンドエフェクタ６２０が図示されている。
伝達機構２１により受け取られた入力に関連して上述したように、エンドエフェクタ６２０は、クランプ動作を実行するために開閉するような対向する顎部８０ａ，８０ｂのペアと、基端及び先端方向に平行移動するような対向する顎部８０ａ，８０ｂの間に配置された切断要素８２と、関節運動する手首６１９と、ロール運動するシャフト２３とを備える。顎部８０ａ，８０ｂは、組織を把持するように作動され、且つ切開された血管の端部をシールするために、例えば、組織を一緒に融着させる電気外科エネルギーを送達して、切開された血管の組織を融着するようにさらに構成されている。各顎部８０ａ，８０ｂは、随意に関連する導電体からエネルギーを受け取る電極８４ａ，８４ｂを含んでもよい。融着及び切断エンドエフェクタの詳細について、参照が、２０１２年２月１７日に出願された、”FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”という表題の米国特許出願第１３／３９９，３９１号について行われ、この出願は、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号と、２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対して優先権の利益を主張する。それぞれの文献の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図７は、本開示の少なくとも１つの実施例による、手術用器具６１８等のロボット制御式手術用器具のエンドエフェクタ６２０の動作を制御する方法を示すフローチャートである。手術用器具６１８が、例えばカニューレを通じて患者の体内に（例えば、腹腔鏡で又は胸腔鏡で）挿入され、切断及び融着処置が所望される施術部位のほぼ近傍の位置まで前進させたときであって、所望の施術部位へ手術用器具６１８を挿入し且つ前進させた後に、ユーザ、例えば外科医は、顎部８０ａ，８０ｂに組織を把持させて所望するように切断する。組織が把持された後に、ユーザは、外科医側コンソール１６を通じて手術用器具６１８を遠隔操作する。外科医は、例えば、入力装置２４を作動させることができ、この入力装置は、一実施例では、把持機構を把持状態にさせるための把持機構とすることができる。入力装置２４が、外科医によって把持状態にされたときに、エンドエフェクタ６２０の顎部８０ａ，８０ｂは、電子／制御コンソール１４によって例えば、患者側コンソール１２のサーボアクチュエータに送信された対応する作動信号に応答して、図６Ａに示されるような開いた位置から図６Ｃに示されるような閉じた位置に移動して、手術用器具６１８の基端における伝達機構２１（例えば、図５の伝達機構２１等）に力／トルクを入力する。
図７の動作２００で、電子／制御コンソール１４は、システムが、手術用器具６１８を用いた切断処置等の、この手術用器具を用いた処置を行う準備が整っている「準備完了状態」を示すような１つ以上の条件が存在するか否かを判定することができる。当業者であれば、「１つ以上の条件」は、システムの「準備完了状態」を示し、且つシステムが「作動可能状態」に移行することを可能にするために、この準備完了状態が存在するために必要とされる１つ、いくつか、又は複数の全ての条件を含むことができることを認識するであろう。なお、当業者には、用語「準備完了状態」は、「作動可能状態」に入る前の状態を意味することが理解されるであろう。用語「作動可能状態」が、手術用器具６１８、具体的にはエンドエフェクタ６２０が、切断処置等のその後に続く処置を行うために作動されるように準備されており（すなわち、図６Ｂに示されるように、顎部８０ａ，８０ｂが閉じており、且つ切刃８２が、顎部８０ａ，８０ｂの基端に位置する定位置にある）、且つユーザが切断処置を行うために切刃８２を作動させる準備が整ったことを示す第１の入力信号が受信されたことが、電子／制御コンソール１４に示された状態を意味する。
「準備完了状態」を示す１つ以上の例示的な条件は、例えば以下の条件を含むことができるが、これらに限定されるものではない。１つの条件は、一実施例では、外科医側コンソールにおいて把持入力装置とすることができる入力装置（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示される入力装置２４と同様）の入力が受信したときに満たされ、又は外科医から現在の初期入力を受け取るときに満たされる。外科医からの初期入力部は、例えば、手術用器具６１８のエンドエフェクタ６２０の顎部８０ａ，８０ｂを通常閉じた位置に維持させるような、手動制御の把持装置であるような例えば入力装置２４の把持部とすることができる。入力装置２４が外科医によって継続して把持されていることを示す初期入力は、電子／制御コンソール１４において連続的に受信されてもよい。代替の実施例では、例えば、エンドエフェクタ６２０の顎部８０ａ，８０ｂが、閉じた位置にあることを示すセンサ又は他のインジケータを、エンドエフェクタ６２０に設けてもよい。
システムは、器具６１８に設置されるとともに切断処置等の処置を行うために用いられるアーム２６（又は患者側マニピュレータ）が、入力装置の１つ等、例えば把持機構２４の制御マスタツールマニピュレータとアクティブに関連するときに、処置を行うための「準備完了状態」を示す条件のいずれかが、満たされていると判断する。
「準備完了状態」を示す別の例示的な条件は、手術用器具６１８が「従動状態」にあるときである。換言すると、手術用器具６１８は、入力装置２４によりアクティブに制御される状態にあるときに「従動状態」であると言える。一実施例では、「従動状態」は、以下の条件の下で有効になる。「従動状態」を有効にするための例示的な条件は、外科医が自分の頭を凹形状コンソールビューア１７に置いて、この外科医が内視鏡カメラの角度を選択したときである。「従動状態」を有効にするための別の例示的な条件は、マスタツールマニピュレータ（例えば、入力装置２４）に関連する１つ以上の器具が、患者側マニピュレータ（複数可）に設置される（例えば、器具６１８（複数可）がアーム２６（複数可）に設置される）ときである。「従動状態」を有効にするためのさらなる例示的な条件は、マスタツールマニピュレータ（例えば、入力装置２４）と（その上に設置されている器具を有する）患者側マニピュレータとが、患者側マニピュレータがマスタツールマニピュレータに対してスレーブ制御状態になるように整列されるときである。「従動状態」を有効にするためのさらに別の例示的な条件は、マスタ入力装置２４の把持装置の把持部のグリップ角（把持部が開いている量を示す角度）が、制御される手術用器具６１８の顎部８０ａ，８０ｂのグリップの角度と一致したときである。別の例示的な条件は、他の進行中の相反する活動がないときである。「従動状態」にある手術用器具と相反する活動の例は、カメラが制御されるとき、内視鏡が整列されるとき、及び／又は外科医側コンソールにおけるマスタツールマニピュレータと、対応する患者側マニピュレータ及び設置された器具との間のマスタ−スレーブ関係を無効にするようなマスタクラッチを作動させるときを含む。
「準備完了状態」を示すさらなる例示的な条件は、手術用器具６１８が、例えば手術用器具６１８の切刃８２の駆動及びその後の切刃８２を使用する切断処置を制御するような、プロセッサ８０等の制御モジュールに電気的に接続されていることを判定したときである。例えば、プロセッサ８０等の制御モジュールは、手術用器具６１８のセンサのリミットスイッチの状態を示す信号を読み取ってもよいし、センサのリミットスイッチ、従って手術用器具６１８が電気的に接続されているか否かを判断するために同じ信号を使用してもよい。切断要素を駆動及び制御し、リミットスイッチ状態を検出することに関するさらなる詳細について、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３２８０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６９８号に対して優先権を主張するものである。また、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号０３２９０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６７１号に対して優先権を主張するものである。さらに、参照が、２０１２年２月１７日に出願された”FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”という表題の米国特許出願第１３／３９９，３９１号について行われ、この出願は、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号、及び２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対して優先権の利益を主張するものである。それぞれの文献の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
「準備完了状態」を示すさらに別の例示的な条件は、エネルギー発生器７０が、エネルギー制御モジュール７２と通信状態にあり、それによってシステムが、エネルギー発生器７０から手術用器具６１８にエネルギーを供給することが可能となることを判定することを含む。実施例では、システムは、エネルギー発生器７０が、エネルギー発生器７０とエネルギー制御モジュール７２との間の電子回路、例えばＥＰＲＯＭ電子チップによってエネルギー制御モジュール７２と通信状態にあることを判定する。電子チップは、実施例では、エネルギー制御モジュール７２が接続されるエネルギー発生器のタイプを識別する例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。システムは、エネルギー発生器７０が、エネルギー制御モジュール７２と通信状態にあるか否かを判定するために、電子チップが、接続又は切断されているか否かを検知する。実施例では、電子チップには、エネルギー発生器７０とエネルギー制御モジュール７２とを接続するケーブルを設けてもよく、例えばエネルギー発生器７０とエネルギー制御モジュールとの間に配置されるボックスを設けてもよい。
「準備完了状態」の追加の例示的な条件は、同一の入力装置、例えば切断処置や、手術用器具６１８のための単極又は双極エネルギー、ステープル留め等の他の処置を制御するための１つ以上のフットペダル２８にマッピングされた設置済みの手術用器具がないことを判定することである。
このように、処置を行うための「準備完了状態」を示す１つ以上の条件が満たされた（又は、実施例では、全ての条件が満たされた）場合に、次に、システムを、手術用器具６１８等の血管シール／切断手術用器具の切断処置等の所望される処置を行うための「作動可能状態」に配置することができる。例えば、入力装置２４が把持される等の「作動可能状態」に入る前に必要とされる上述した１つ以上の条件が存在することを動作２００において判定するときに、電子／制御コンソール１４が、その後、例えばフットペダル２８の踏込み又は入力装置９０等の他の入力装置における入力等の第１の入力が、入力装置で受信されたか否かを動作２０２で判定する。一方で、電子／制御コンソール１４は、「作動可能状態」入るために必要とされる上述した条件のいずれかが満たされていないことを動作２００において判定した場合には、次に、器具の切断状態が「作動可能状態」でなくなり、処置が、動作２０４で終了する。
動作２０２において、エンドエフェクタ６２０の切刃８２を介して切断処置を行うための準備が整ったことを示すユーザによる入力からもたらされる第１の入力信号が受信された場合に、動作２０６において、電子／制御コンソール１４は、動作２０２において、受信した第１の入力信号に応答してエンドエフェクタ６２０の「作動可能状態」を示すように構成され、フィードバックが、出力装置、例えばディスプレイ３０又は３３、及び／又はスピーカ３２に出力される。一度、装置フィードバックが、例えばディスプレイ３０、ディスプレイ３３、又はスピーカ３２等の出力装置に出力するように提供された後に、次ぎに、ユーザは手術用器具６１８の「作動可能状態」の通知を受ける。「作動可能状態」は、ユーザが、入力装置、例えばフットペダル２８又は入力装置９０における第１の入力によって手術用器具６１８を操作するための準備が整った状態を特定することを意味している。フィードバックは、機器を作動させるためのユーザの準備が整ったことを示す第２の入力を提供することをユーザに促す（プロンプトする）ことができる。
システムが「作動可能状態」に移行した後の出力装置へのフィードバック出力は、以下の１つ以上のフィードバックオプションを含むことができる。「作動可能状態」に特定の音である「作動可能状態」の音声が、スピーカ３２等のオーディオ出力装置によって出力されてもよい。例えばディスプレイ３０又は３３に処置、例えば切断処置を示すメッセージを表示することができるシステムが、有効にされ、ユーザが、再び切断処置を行うために入力装置、例えば切断機能を開始するように構成されたフットペダルを押す。システムは、ユーザが、切断処置を停止するために入力装置２４の把持を解放することを示すメッセージを、ディスプレイ３０又は３３に表示することができる。システムは、このシステムが特定の処置のために「作動可能状態」にあることを示すアイコンを、ディスプレイ３０又は３３に表示することができる。例えば、システムは、血管シールの作動可能状態を示すアイコンを表示することができる。
動作２０２において、第１の入力信号を受信していないと判定された場合に、処置は、動作２０４において終了する。
手術用器具６１８の「作動可能状態」を示すフィードバックをユーザに提供することに加えて、システムが「作動可能状態」に移行するときに、このシステムは、実施例では、把持部、例えばエンドエフェクタ６２０の顎部８０ａ，８０ｂを完全に閉じて、全ての把持トルクをエンドエフェクタ６２０の顎部に加える。加えて、手術用器具６１８が設置されるアーム（患者側マニピュレータ）の全ての軸は、システムが「作動可能状態」に移行するときにロックされることがある。処置中に全ての把持トルクを加える例について、参照が、２０１１年１０月２１日に出願された、”GRIP FORCE CONTROL FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT END EFFECTOR”という表題の米国仮特許出願第６１／５５０，３５６号について行われ、この開示は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
動作２０８において、「作動可能状態」に移行した後に、電子／制御コンソール１４は、１つ以上の終了条件が、手術用器具、例えば手術用器具６１８についての「作動可能状態」を抜け出る条件を満たしているか否かを判定する。実施例では、システムは、「作動可能状態」に留まるような１つ以上の条件がもはや満たされていないか否かを判断することができる。このように、システムは、「作動可能状態」に入るための条件が、「作動可能状態」を抜け出るための条件よりも厳しくなるように構成することができる。例えば、実施例では、「作動可能状態」に入るために複数の条件の全てを満たすことが必要である一方、「作動可能状態」を抜け出るためには、１つの条件のみが、その条件を満たせば十分である。
「作動可能状態」を抜け出るための例示的な終了条件は、障害が発生したことをシステムが判定することを含む。別の例示的な終了条件は、実装される特定の処置に関連付けられていない他の入力装置、例えば複数のペダル２８うちのいずれかの動作を含む。「作動可能状態」を抜け出るための別の終了条件は、患者側マニピュレータ（例えば、患者側コンソール１２のアーム２６）の意図しない動きを含むことができる。例えば、システムが「作動可能状態」であるにも拘わらず、アーム２６の接合部の１つが移動し、外科医が手術用器具をアクティブに制御している間にその移動が発生しない場合に、次にシステムは「作動可能状態」を抜け出る。「作動可能状態」から抜け出る結果をもたらす他の条件としては、例えば、外科医が、自分の頭を外科医側コンソール１６のビューア１７から移動させたとき、外科医が、緊急停止ボタンの押下等の他の入力を提供したとき、内部障害がシステム内で発生したとき、及び／又は外科医側コンソールが双方向性の設定にされている場合に、手術用器具の制御が、ある外科医側コンソールから別の外科医側コンソールに通過して行われるときを含むが、これらに限定されるものではない。
また、追加の終了条件は、「作動可能状態」に入る要件のいずれか、すなわち、「準備完了状態」を示す条件のいずれもがもはや満たされなくなっているような条件を含むことができる。当業者は、実施例では、「準備完了状態」を示すいずれかの条件は、条件（複数可）が初期段階で満たされた後に、継続して監視することができ、「準備完了状態」を示す条件のいずれかが、システムが「作動可能状態」に入った後に、もはや満たされなくなった場合に、その後に、「作動可能状態」にあったシステムは、「作動可能状態」を抜け出ることを認識するであろう。
従って、ユーザ、例えば外科医は、このユーザが、外科処置を行うためにエンドエフェクタの操作を続行することを望まないと判断した場合に、ユーザは、例えば把持機構である入力装置２４を解放することによって、エンドエフェクタの動作を「解除する」オプションを有する。従って、入力装置２４が解放されたときに、例えば、入力装置２４の連続的な把持が中断されることを示す割込み信号が、入力装置２４から電子／制御コンソール１４に送信される。電子／制御コンソール１４は、従って、手術用器具６１８の「作動可能状態」を抜け出て、現在指定された動作を行うために、手術用器具６１８は、「作動可能状態」から「作動解除状態」に移行する。実施例では、ユーザは、動作２１０において、「作動可能状態」から「作動解除状態」に移行するために、入力装置２４又は複数の入力装置のうちのいずれかに対して他の入力を提供することができ、その「作動解除状態」は、手術用器具６１８の動作を続行する能力を抑制する。器具が、「作動可能状態」から「作動解除状態」に入った場合に、次に、割込み信号は、システムが「作動可能状態」を抜け出たことを示すために、電子／制御コンソール１４に送信されてもよい。
ユーザが、動作を無効にした場合に、「作動可能状態」が無効にされており、且つ手術用器具６１８が、ここで「作動解除状態」にあると認識するため、フットペダル２８（又は入力装置への他の入力）の二度目の踏込みに応答して提供される第２の入力信号によって、手術用器具６１８の切断作業等の動作を生じさせることがなくなる。別の実施例では、割込み信号は、第２の入力信号を受信することなく、例えばディスプレイ３０、ディスプレイ３３、又はスピーカ３２等の出力装置におけるフィードバック信号の出力から所定の時間が経過した後に、手術用器具６１８の「作動可能状態」が抜け出るべきであることを示すように電子／制御コンソール１４に送信される。
終了条件の何れかが存在する場合に、次に、電子／制御コンソール１４は、手術用器具６１８の「作動可能状態」を無効にして、処置がまだアクティブにされていない場合に、例えば切断処置等の処置の発生を防止するように構成されている。電子／制御コンソール１４は、終了条件のいずれかが満たされた場合に、手術用器具が「作動可能状態」から「作動解除状態」になることを示す割込み信号等を、例えばプロセッサ２２又は８０を介して受信することができる。従って、終了条件のいずれかが存在している状況で（そして、システムが「作動解除状態」である状況で）、入力装置、例えば行うべき処置を開始するように構成されるフットペダル２８のいずれかが作動された場合に、その後、システムは、このシステムによって、器具が命令された処置を開始することができないような状態であることを示すフィードバックを出力することができる。例えば、システムは、このシステムによって、器具が処置を開始するために用いることができないような状態であることを示す例えば「無効」ビープ音等の音を、スピーカ３２を通じて出力装置のいずれかにおいて出力することができる。システムは、器具が「解除」されていることを示すフィードバックをディスプレイ３０，３３の一方で出力することもできる。
システムが「作動可能状態」を抜け出るような終了条件が存在しない場合に、次に、この処置は、手術用器具６１８、具体的にはエンドエフェクタ６２０を作動させるためのユーザの準備が整ったことを確認するために、第２の入力信号が、例えばフットペダル２８又は入力装置９０等の入力装置から受信したかどうかを、動作２１２で判定する。上述したように、フィードバックが、ディスプレイ３０、ディスプレイ３３及び／又はスピーカ３２等の出力装置で出力された後に、外科医が、手術用器具６１８を施術可能状態に配置する準備が整った場合に、第２の入力が、フットペダル２８又は入力装置９０等の入力装置に入力される。施術可能状態は、手術用器具６１８のエンドエフェクタ６２０、又は切刃８２等のエンドエフェクタ６２０の構成要素が操作されるような状態である。電子／制御コンソール１４は、動作２１２で、入力装置において第２の入力の結果として送信される第２の入力信号が、電子／制御コンソール１４で受信されたか否かを判定する。電子／制御コンソール１４は、手術用器具６１８の「作動可能」状態から施術可能状態に移行するように構成されている。
第２の入力信号の受信に応答して、動作２１４において、電子／制御コンソール１４は、患者側コンソール１２において作動信号を手術用器具６１８に出力し、その作動信号によって、手術用器具６１８に、例えば手術用器具６１８の切断要素８２の作動を生じさせるように動作させる。上述したように、作動信号は、患者側コンソール１２のサーボアクチュエータに及び／又は直接手術用器具６１８（例えば、伝達機構における搭載モータ）に送信することができる。当業者であれば、第２の入力信号が受信された後であるが切断処置等の処置が起動される前に、上述した終了条件のうちのいずれかが存在する場合に、次に、電子／制御コンソール１４が、処置が生じることを防止することを認識するであろう。
切断操作が完了したことを示す動作が完了した後に、電子／制御コンソール１４は、ディスプレイ３０、ディスプレイ３３又はスピーカ３２等の出力装置にフィードバックを出力することもできる。
ディスプレイ３０又はディスプレイ３３等の出力装置にフィードバックを出力する例が、図８Ａ及び図８Ｂに示されている。例えばフットペダル２８の踏込み又は入力装置９０の入力等の第１の入力が受信された後に出力される第１のイメージ信号は、視覚信号としてディスプレイ３０又はディスプレイ３３に表示することができる。図８Ａは、実施例では、第１の入力に応答して、スピーカ３２において音声フィードバックと同時に提供されるような視覚的フィードバックのスクリーンショット３８を示している。このスクリーンショット３８は、切断動作が可能であり、手術用器具が「作動可能状態」であり、再び切断動作を行うために、ユーザに入力装置を作動させることを促す（プロンプトする）ことを示している。別の実施例では、知覚可能な視覚的フィードバックを点滅表示することができる。例えばフットペダル２８の第２の踏込み又は入力装置９０における入力等の第２の入力が受信され後に出力される第２のイメージ信号は、視覚的フィードバックとしてディスプレイ３０又はディスプレイ３３に表示することができる。図８Ｂは、一実施例では、第２の入力に応答して、スピーカ３２において音声フィードバックを同時に提供するような視覚的フィードバックのスクリーンショット４０を示す。このスクリーンショット４０は、切断作業が完了したことを示している。
実施形態は、（非限定的な例において）データを格納し、読み出し、処理し及び／又は出力し、及び／又は他のコンピュータと通信することができる任意のコンピュータ等のコンピュータ上のハードウェア（計算装置）及び／又はソフトウェアとして実装することができる。生成された結果は、コンピュータのハードウェアのディスプレイ上に表示することができる。本開示の様々な実施例による各種の応答及び信号処理を行うためのアルゴリズムを含む１つ以上のプログラム／ソフトウェアは、上述したプロセッサ２２又はプロセッサ８０等の電子／制御コンソール１４のプロセッサによって、又はこのコンソール１４と協調するように実装することができ、コンピュータ読み取り可能な記録及び／又は記憶媒体を含むコンピュータ可読媒体に記録してもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気ディスク、及び／又は半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等）が挙げられる。磁気記録装置の例としては、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープ（ＭＴ）が挙げられる。光ディスクの例としては、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク・リードオンリーメモリ）及びＣＤ−Ｒ（書き込み可能な）／ＲＷが挙げられる。
上述したように、様々な実施例による方法及びシステムは、手術用器具の基端部における伝達機構を介して作動されるような、構成要素を介して複数の外科処置を行うように構成されたエンドエフェクタを有する手術用器具と連動させて使用することができる。実施例では、上述したように、エンドエフェクタは、図示及び説明されるように、融着、把持、及び切断を組み合わせたエンドエフェクタとすることができ、例えば、参照が、２０１２年２月１７日に出願された、”FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”という表題の米国特許出願第１３／３９９，３９１号について行われ、この出願は、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号、及び２０１１年５月３１に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対して優先権の利益を主張するものである。それぞれの文献の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、様々な実施例において、エンドエフェクタは、伝達機構自体に配置された１つ以上の搭載モータによって駆動される及び／又は同様に駆動させるために伝達機構における入力と相互作用するように構成された患者側コンソール上の１つ以上のサーボアクチュエータによって駆動されるような１つ以上の構成要素を含むことができる。エンドエフェクタの切断要素を駆動する搭載モータを用いた例について、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３２８０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１,６９８号に対して優先権を主張するものである。また、参照が、本明細書と同日付で出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国特許出願第xx/xxx,xxx号（代理人整理番号０３２９０／ＵＳ）について行われ、この出願は、２０１１年５月３１日出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION”という表題の米国仮特許出願第６１／４９１，６７１号に対して優先権を主張するものである。それぞれの文献の開示は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
また、実施形態の一態様によれば、説明した特徴、機能及び／又は動作の任意の組み合わせを提供することができる。
本発明の他の実施形態は、明細書を考慮することで、及び本明細書の開示及び特許請求の範囲を実施することで当業者には明らかになろう。本明細書及び実施例は、単なる例示とみなされ、本発明の真の範囲及び精神は、特許請求の範囲によって示されることが意図される。
Claims (13)
- ロボット制御式手術用器具を制御するためのシステムであって、当該システムが：
ユーザからの入力を受け取るための少なくとも１つの入力装置と；
フィードバックを前記ユーザに提供するための少なくとも１つの出力装置と；
前記少なくとも１つの入力装置及び前記少なくとも１つの出力装置に信号通信する制御装置と；を備え、
該制御装置は、
前記手術用器具が作動可能状態に入るための準備状態にあることを示す入力信号を受信することであって、前記作動可能状態は、前記手術用器具が後続の作動のために準備が整った状態である、受信すること、
前記少なくとも１つの入力装置における入力に応答して生成された第１の信号を受信することであって、該生成された第１の信号は、前記作動可能状態に入り前記手術用器具を作動させるために、ユーザの準備が整ったことを示す、受信すること、
前記生成された第１の信号に続いて、前記少なくとも１つの入力装置での入力に応答して生成される第２の信号を受信することであって、該生成された第２の信号は、前記手術用器具を作動させるために前記ユーザの準備状況を確認することを示す、受信すること、
前記生成された第２の信号を受信した後に、前記手術用器具を前記作動可能状態から前記手術用器具の構成に対応する作動状態に移行して処置を行うための作動信号を出力すること、を行うようにさらに構成されており、
前記入力信号は、把持入力装置を把持することに応答して生成される、
システム。 - 前記制御装置は、前記生成された第１の信号を受信することに応答して、フィードバックを前記少なくとも１つの出力装置のユーザに提供するための出力信号を生成するようにさらに構成され、
前記フィードバックは、聴覚、視覚及び触覚フィードバックから選択される、
請求項１に記載のシステム。 - 前記少なくとも１つの出力装置は、視覚フィードバックをユーザに出力するためのディスプレイ及び聴覚フィードバックを出力するためのスピーカのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のシステム。 - 前記少なくとも１つの入力装置は、フットペダルを含む、
請求項１に記載のシステム。 - 前記生成された第１の信号は、前記フットペダルの第１の踏込みに応答して受信され、前記生成された第２の信号は、前記フットペダルの第２の踏込みに応答して受信される、 請求項４に記載のシステム。
- 前記手術用器具の前記準備状態において、
第１の及び第２の信号を生成するように構成され、前記システムの外科医コンソールに設置された前記少なくとも１つの入力装置にマッピングされた設置済みの他の手術用器具がないという条件、
前記手術用器具が設置される患者側コンソールの患者側マニピュレータが、前記入力信号を生成するように構成された把持入力装置にアクティブ状態で関連付けられていること、
前記手術用器具が、従動状態であること、
前記手術用器具は、該手術用器具の１つ以上の作動を制御する制御モジュールに電気的に接続されていること、
前記手術用器具にエネルギーを提供するためのエネルギー発生器が、エネルギー制御モジュールに電気的に接続されていること、
のうちの少なくとも１つがさらに満たされる、
請求項１に記載のシステム。 - 前記制御装置は、作動可能状態から抜け出るための１つ以上の終了条件が存在することを示す割込み信号を受信し、該割込み信号を受信することに応答して、作動可能状態を抜け出るようにさらに構成される、
請求項１に記載のシステム。 - 前記１つ以上の終了条件は、
前記システムの内部故障の発生と、
前記手術用器具が設置される患者側コンソールの患者側マニピュレータの１つ以上の関節部の動きと、
第１の及び第２の信号を生成するように構成された前記少なくとも１つの入力装置にマッピングされた別の手術用器具が、患者側コンソールに設置されていることと、
前記少なくとも１つの入力装置に関連付けられていない第２の入力装置の作動と、
前記制御装置と通信し且つ前記入力信号を生成するように構成された把持入力装置の把持力の解放と、
前記手術用器具が設置される前記患者側マニピュレータが、もはや前記把持入力装置とはアクティブに関連付けられていないことと、
前記手術用器具が従動状態にないことと、
前記手術用器具が、該手術用器具のエンドエフェクタ部品の１つ以上の作動を制御する制御モジュールから電気的に切り離されていることと、
前記エンドエフェクタ部品にエネルギーを提供するためのエネルギー発生器が、エネルギー制御モジュールから電気的に切り離されていることと、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項７に記載のシステム。 - 前記制御装置は、前記生成された第２の信号を受信していないときに、出力信号の出力から所定時間経過後に、前記手術用器具が作動可能状態を抜け出るようにする退去信号を送信するようにさらに構成される、
請求項２に記載のシステム。 - 前記手術用器具は、顎部と切断要素とを有しており、前記作動信号によって、前記切断要素を作動させる、
請求項１に記載のシステム。 - 前記フィードバックは、第２の信号を生成する入力をユーザが提供するようなプロンプトを含む、
請求項１に記載のシステム。 - 前記プロンプトは、視覚、聴覚及び触覚プロンプトのうちの少なくとも１つである、
請求項１１に記載のシステム。 - 前記生成された第２の信号は、前記フィードバックが前記少なくとも１つの出力装置において前記ユーザに出力された後に、前記少なくとも１つの入力装置における入力に応答して受信される、
請求項２に記載のシステム。
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